LED点阵书写显示屏设计.wps
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LED点阵书写显示屏设计.wps
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摘摘要要作为一种新型的发光体,LED自诞生以来就倍受关注。
特别是进入21世纪后,显示技术将是平板显示的时代,LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展,并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。
LED点阵屏目前在平常社会中得了广泛的运用,比如在户外广告媒体中越来越多的传统的灯箱、霓红灯等都被LED显示屏替代。
但目前市场运用的电子显示屏只能做到简单的显示作用。
要实现更多的功能都要在上位机上现实。
所以本设计阐述了如何更简单制作LED书写显示屏,实现多种功能。
本设计制作的是一个基于由3232的点阵LED模块的书写显示屏。
本设计系统由主控模块、电源模块、光笔电路模块、键盘和LCD显示模块、LED点阵模块组成。
在控制器的管理下,当光笔触及LED点阵模块表面时,获取行列坐标,在根据功能决定坐标处的LED是否点亮,从而在屏上实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写功能。
并且通过按键可以实现不同功能之间的切换。
同时还能够根据环境光强的变化,自动连续调节显示屏上显示的亮度。
本文从经济适用角度出发,元件选用主要有LED的主控芯片的选择、键盘的选择、电源的选择、LED驱动模块和光笔的选择。
设计电路就硬件电路进行了介绍,主要包括单片机电路、键盘模块、电源部分、LED行列驱动电路、LCD显示模块、光笔检测电路。
本设计详细介绍了LED点阵书写显示屏的软硬件设计方法,并给出了具体的各单元电路设计、程序设计及主程序流程图。
关键词:
关键词:
点阵,单片机,光笔AbstractAsanewtypeoflightsource,theLEDiscloselywatchedsinceitsbirth.Especiallyafterenteringthe21stcentury,displaytechnologywillbetheeraofflatdisplay,LEDdisplayasaflat-paneldisplayoneoftheleadingproductswillsurelyhavegreaterdevelopment,andislikelytobecomea21stcenturyflat-paneldisplayrepresentativemainstreamproducts.LEDlatticescreenwhichgotextensiveuseinnormalsociety,suchasoutdooradvertisingmediamoreandmoretraditionallightbox,suchasstrobelightsarereplacedbyLEDdisplay.Buttheuseofelectronicdisplaythemarketatpresentcanonlydosimpledisplayfunction.Wantstoachievemorefunctionalityintheuppermachinetoreality.SothisdesignelaboratedhowtobemoresimpleproductionLEDwritingscreen,toachieveavarietyoffunctions.Thisdesignisabasedonthe32*32latticeLEDwritingscreenmodule.Thisdesignsystemconsistsofmastermodule,powermodule,lightpencircuitmodule,keyboardandLCDdisplaymodule,LEDdotmatrixmodule.Underthemanagementofthecontroller,whenthesurfaceofthelightpentotouchtheLEDdotmatrixmodule,accesstocoordinate,inaccordingtothefunctiontodeterminewhethercoordinatesoftheLEDlightup,astoachieveonthescreenlitup,scratched,reversevideo,thewholescreenwipe,strokeerased,evenwritemorewordsanddragtomoveobjects,suchaswritingfeatures.Andthroughthekeyscanbeswitchbetweendifferentfunctions.Atthesametimealsocanaccordingtothevariationofenvironmentallightintensity,adjustthebrightnessofthedisplayonthescreenautomaticallyandcontinuously.Thisarticlefromtheeconomicalpointofview,LEDmaincomponentsarethemasterchipofchoice,choiceofkeyboardoptions,powersupplies,LEDdrivermoduleandstylusselection.Hardwarecircuitdesigncircuitsaredescribed,mainlyofmonolithicintegratedcircuit,partkeyboardmodules,powersupplies,drivecircuitforLED,LCDdisplaysmodules,pentestcircuit.DesigndetailstheLEDdot-matrixdisplayhardwareandsoftwaredesignmethodofwriting,andgivesspecificcellcircuitdesign,programdesign,andthemainprogramflowchart.Keywords:
Dot-matrix,single-chip,lightpen0目录摘要.IAbstract.II1绪论1.1课题背景.11.2课题研究的目的和意义.11.3国内外概况.21.4课题的主要研究工作.22系统设计方案的研究2.1系统的控制特点与性能要求.42.2系统的实现原理.42.3系统实现方案分析.52.4方案的比较分析.52.4.1主控芯片的选择与论证.52.4.2光笔的选择与论证.62.4.3控制按键的设计选择与论证.62.4.4LED点阵模块的选择与论证.62.4.5LCD显示模块的选择与论证.72.4.6LED驱动模块的选择与论证.72.4.7电源的选择与论证.73LED点阵书写显示屏的硬件设计3.1元件的选用.93.2AT89C52单片机系统.93.3光笔.113.4键盘.123.5LED点阵屏行驱动.133.6LED点阵屏列驱动.1513.7LCD显示模块.173.8电源电路.184系统软件设计4.1软件总体设计.194.2主程序内容.194.3子程序.204.3.1光笔扫描程序流程图.204.3.2防止一次点亮多个LED程序的流程图.214.3.3对象拖移程序流程图.215系统测试与制作5.1测试与制作仪器.235.2测试方案与测试结果.236总结与展望.24致谢.25参考文献.26附录1:
总电路图.27附录2:
部分源程序.28独创性声明.4101绪论1绪论1.1课题背景课题背景LED(lightemittingdiode,发光二极管)是六十年代末发展起来的一种半导体显示器件。
七十年代,随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和P一结形成技术的研究进展,发光二极管在发光颜色、亮度等性能方面得以提高,并迅速进入批量化和实用化。
进入八十年代后,LED在发光波长范围和性能方面大大提高,并开始形成平面显示产品即LED显示屏。
由于LED具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、工作性能稳定以及在室内室外适应力强等优点,且LED显示屏的最大特点是不受面积的限制,可以达到几十甚至几百平方米以上,应用于室内外各种公共场所显示文字、图形、动画、视频图像等各种信息。
LED显示屏的应用涉及到社会经济的许多领域,主要包括:
机场、港口、车站旅客引导信息显示;证券交易、金融信息显示;邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示;道路交通信息显示;高校教学管理信息发布显示;文艺演出和体育比赛;室外产品广告及信息发布。
除单一大型户内、户外显示屏作为广告媒体外,国内一些城市还出现了集群LED显示屏广告系统1。
另外,自2000年后随着高亮度LED产品亮度与效率增进,可携式产品(如手机、PDA、数字相机等)大量使用作为产品屏幕或按键光源,配合可携式产品市场成长,使得可携式产品成为LED最大应用市场。
随着电子技术的发展,LED点阵书写显示屏是信息传播一种重要手段,成为现代化社会的一个闪亮标志,它的广泛应用将是一种趋势。
因此,在科技以日新月异的速度向前发展,经济全球一体化的社会中,LED点阵显示技术发展前景乐观。
1.2课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义随着信息产业的高速发展,LED显示屏作为信息传输的一种重要手段成为现代信息化社会的一个闪亮标志。
今年LED显示屏以广泛应用于室内外需要进行服务内容和宗旨宣传的场所如银行、车站、机场、体育场馆等信息的发布,以及政府机关政策、政令,各类市场行情信息的发布2。
目前你,对那些需要显示的信息量不是很大,分辨率不是很高,又需要使用成本相对较低的场所,使用LED点阵显示屏是比较合适的。
通过本次毕业设计使我能够掌握LED显示屏的基本显示原理和设计方法,对LED显示屏这个行业有着较为深刻的理解和认识。
并对大学期间所学的知识做一个总结且对理论进行一些实践,使我对理论知识有了新的认识。
并且通过本设计课题学习掌握AT89C52单片机的控制功能和用它作为主控单元完成许多设计目标的方法。
熟悉1AT89C52单片机软件编程。
且能掌握使用Protel99se进行电路设计和制图的方法步骤。
为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。
目前我国的信息行业发展迅速,作为主要平面显示媒介的LED显示屏的作用也越练越广泛,相关的从业人员也会越来越紧缺。
但同时应该清楚的认识到我国的LED技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。
因此本设计课题不论是对自己的就业还是对我国LED显示技术的发展都有非常现实与积极的意义。
1.3国内外概况国内外概况作为一种新型的发光体,LED自诞生以来就倍受关注。
特别是进入21世纪后,世界面临严重的能源、环境危机,在发达国家,照明用电占总用电量的20%;我国的照明用电约占总用电量的12%,至2010年,我国照明用电将高达3000亿度,相当于三峡水电站完工后的年发电量的3倍以上。
而目前我国的发电主要还是依靠火力,对于环境的污染非常严重,这就需要改进现有的照明设备,提高其效率。
而半导体照明作为新兴的发光体,具有电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保等优点,是下一代照明的不二之选。
根据各种照明器件的效率,可以得出,LED与传统的白炽灯、日光灯相比,在电光效率、寿命上占有绝对的优势,一旦在成本、光效上取得突破,将很快占领照明市场。
因而,现今不管是国内还是国外我们都是围绕先进的LED技术做进一步研究。
现代信息社会中,作为信息视觉传播媒体的显示产品,它的技术得到迅速发展,进入二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代,LED显示屏作为平板显示的主导产品之一无疑会有更大的发展,并有可能成为二十一世纪平板显示的代表性主流产品。
高亮度、全彩化蓝色及纯绿色LED产品自出现以来,成本逐年快速降低,已具备成熟的商业化条件。
基础材料的产业化。
使LED全彩色显示产品成本下降,应用加快。
LED产品性能的提高,使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果,完全可以满足户外全天候的环境条件要求,同时,由于全彩色显示屏价格性能比的优势,预计在未来几年的发展中,全彩色LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替传统的灯箱、霓红灯、磁翻板等产品,体育场馆的显示方面全彩色LED屏更会成为主流产品。
全彩色LED显示屏的广泛应用会是LED显示屏产业发展的一个新的增长点。
未来LED点阵显示屏会向着标准化、规范化,产品结构多样化的方向发展。
1.4课题的主要研究工作课题的主要研究工作课题主要解决系统在硬件和软件两方面的问题。
硬件方面是AT89C52单片机为核心,运用点阵显示屏、光笔等设计一个32*32的点阵书写显示屏3。
显示电路采用动态扫描的方式驱动电路,每行有一个行驱动,每列也有一个列驱动。
由74LS138译码器给出行选信号,从第一行开始,按顺序依次对各行扫描。
另一方面根据各列锁存的数据,确定相应的列驱动器是否将该列与电源接通。
当12一行扫描结束之后,下一行又以同样的方法进行显示。
同时还能够根据环境光强的变化,自动连续调节显示屏上显示的亮度。
软件方面另外,在软件编程中采用C语言4,主要工作是再依据功能需求决定该坐标处的LED是否点亮至人眼可见的显示状态,进入中断、复位等子程序。
从而在屏上实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示功能。
32系统设计方案的研究系统设计方案的研究2.1系统的控制特点与性能要求系统的控制特点与性能要求设计并制作一个基于3232点阵LED模块的书写显示屏,其系统结构见图2.1所示。
在控制器的管理下,LED点阵模块显示屏工作在人眼不易觉察的扫描微亮和人眼可见的显示点亮模式下;在屏幕擦除的功能下,能用光笔擦除屏幕上所显示内容;当光笔触及LED点阵模块表面时5,先由光笔检测触及位置处LED点的扫描微亮以获取其行列坐标,再依据功能需求决定该坐标处的LED是否点亮至人眼可见的显示状态,从而在屏上实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示功能。
图2.1LED点阵书写显示屏系统结构示意图2.2系统的实现原理系统的实现原理本设计的硬件系统框图见图2.2所示。
该系统由主控模块AT89C52、LED点阵显示模块、光笔输入模块、键盘输入模块、LCD实时状态显示5个部分组成。
运用光笔扫描点阵利用单片机的大脑作用并且通过键盘,运用动态扫描的方式,利用人眼的视觉暂留现象,用128个寄存器中的1024个位对应点阵的1024个LED,位为1,对应的LED微亮(人眼不易觉察,视为灭),位为0,对应的LED就高亮6。
当光笔头放在某个LED上时,笔头接受到该LED发出的微亮信号后,控制器就将对应该LED的位写0,就实现了点亮一个LED的功能。
就能够看到显示屏上稳定的图像了。
控制器3232LED点阵模块光笔4图2.2LED点阵书写显示屏系统框图2.3系统实现方案分析系统实现方案分析设计的最终要求是:
在点亮功能下当光笔接触屏上某点LED时,能即时点亮该LED;在划亮功能下当光笔快速划过时,能同步点亮划过的各LED,其速度要求2S内能划过并点亮40点LED;在反显功能下能对屏上显示的信息实现反向显示;在屏幕擦除功能下能实现对屏上所显示信息整屏擦除;在笔画擦除功能下,能用光笔擦除屏上所显汉字的笔画;在连写多字功能下,能结合自选的擦除方式,在30S内以划亮方式写出四个汉字且存入机内;在对象拖移功能下,能用光笔将选定显示内容在屏上进行拖移,先用光笔以划亮方式在屏上圈定欲拖移显示对象,再用光笔将该对象拖移到屏上另一位置;当光强改变时,能自动连续调节屏上显示亮度;当光笔连续未接触屏面的时间超过1-5MIN时,自动关闭屏上显示,并使系统进入休眠模式。
2.4方案的比较分析方案的比较分析2.4.1主控芯片的选择与论证主控芯片的选择与论证方案一:
8031芯片内部无ROM,使用时用户需要外接程序存储器和逻辑电路,外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。
若想对写入的程序进行修改,必须用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除。
由此造成电路焊接的困难与使用的繁琐,况且使用8031还需要另外购买其他的芯片,从而造成成本较高,性价比低。
方案二:
AT89C52是比较常用的单片机,用起来比较熟悉用起来得心应收。
AT89C52是一个低电压,高性能COMS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的FLASH只读程序储存器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用高密度、非易失性AT89C52键盘输入光笔信号点阵显示LCD显示电源LED驱动5存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。
方案三:
用可编程控制器PLC做主控芯片,PLC具有强大的逻辑运算和控制能力,运算速度快,但价格比较高,增加了整个系统的成本,且布线麻烦。
比较以上三种方案,系统设计中采用方案二。
2.4.2光笔的选择与论证光笔的选择与论证方案一:
采用核心部件为光敏电阻制成的光笔检测系统。
光敏电阻是将光能转换为电能的一种传感器件,它是构成光电式传感器的主要部件。
光敏电阻结构简单、使用方便、价格便宜,光谱响应范围宽,但经调试发现其响应时间长,不易检测。
方案二:
采用光敏二极管(2CU2B)确定LED行列坐标值。
光电二极管的光电流小,响应时间短,适用于要求光电流与照度成线性关系或要求工作频率高的电路,但其灵敏度较低,光电流较小,不易判别光笔所在处的LED在点阵屏中的坐标。
采用光敏二极管,与光敏电阻相比有较好的高频特性,具有一定的可靠性,功耗低.相比于光敏电阻而言灵敏度较差,需要较高倍数的放大器才能实现精准识别的效果。
方案三:
采用光敏三极管(3DU33)确定LED行列坐标值。
光电三极管光电流大,响应时间短,可以对电信号进行放大,且其灵敏度非常高,很容易判别光笔所在处的LED在点阵屏中的坐标。
经比较及测试:
光敏三极管作为光笔检测器件,能够很好的满足题目的要求7。
比较以上三种方案,系统设计中采用方案三。
2.4.3控制按键的设计选择与论证控制按键的设计选择与论证方案一:
选取44标准矩阵键盘,阵式按键使用于按键数量较多的场合,它由行线和列线组成,按键位于行、列的交叉点上。
但本次设计需要的按键数量不多,而且采用矩阵式扫描按键,在程序执行的过程中,需要一直调用按键扫描程序,这样的浪费了一些时间。
方案二:
独立式按键,每个按键实现一个功能,易于控制编写程序简单,在程序中采用中断扫描的方式,没有操作时单片机执行正常程序,只有在操作时才处理,容易理解。
直观的显示出作者意图。
比较以上两种方案,系统设计中采用方案二。
2.4.4LED点阵模块的选择与论证点阵模块的选择与论证方案一:
在LED点阵上贴上一层触屏膜,形成压膜式LED点阵。
把触摸屏的信息通过微处理器来控制LED点阵显示。
这种显示方式准确,反应速度快,光笔制作简单,但是成本较高。
方案二:
用普通的LED点阵,在LED点阵边上加上红外线传感接收器,构成红外线网,同样光笔制作简单,但是硬件复杂可靠性较低,成本也较高6方案三:
用普通的LED点阵,将点阵对应的行线和列线分别进行连接,通过自制的光笔传递信息送入AT89C52单片机,再进行编程从而确定LED点阵坐标。
虽然编程复杂,但是硬件简单,而且成本较低。
比较以上两种方案,系统设计中采用方案三。
2.4.5LCD显示模块的选择与论证显示模块的选择与论证方案一:
采用LED八段数码显示。
数码管的亮度高、体积小,成本较低,适合显示数字,但是由于数码管不能显示汉字和一些基本的符号,并且其电路复杂占用控制器的资源多,显示的信息量少。
方案二:
采用带字库的1602液晶显示8。
1602液晶也叫1602字符型液晶,它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
显示信息量大,采用串口通信,占用I/O口少,性能较稳定。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符,每位之间有一个点距的间隔,每行之间也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用,正因为如此所以它不能很好地显示图形(用自定义CGRAM,显示效果也不好)。
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行,每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)。
比较以上两种方案,系统设计中采用方案二。
2.4.6LED驱动模块的选择与论证驱动模块的选择与论证方案一:
采用静态锁存方式,将每一个LED发光管的一端接至单片机的一个I/O口,另一端通过电阻接电源。
这种方法可以直接驱动LED,原理简单,驱动能力强,LED的亮度也可以通过限流电阻调节,非常方便,但此种方法太浪费单片机的I/O口,引线多而复杂,成本高,且可靠性较低。
只适合于较小的系统。
方案二:
采用动态扫描方式,通过三极管驱动并联在一起的LED发光管的一端(共阴或共2端),LED发光管的另一脚接通用I/O口,控制其亮灭。
人眼的亮度感觉不会因为光源的消失而立即消失,这需要一个延迟时间,这就是视觉的惰性。
视觉惰性可以说是LED显示屏得以广泛应用的基础从而改善驱动电路的设计,形成了目前广为采用的扫描驱动式设计。
扫描驱动方式的优点在于LED显示屏不必对每个发光灯提供单独的驱动电路,而是若干个发光灯为一组共用一个驱动电路,通过扫描的方法,使各组发光灯依次点燃,只要扫描频率高于临界闪烁频率,人眼看起来各组灯都在发光。
由于LED显示屏所用的发光灯数量很大,一般在几千只到几十万只的范围,所以节约驱动电路的效益是十分可观的。
比较以上两种方案,系统设计中采用方案二。
2.4.7电源的选择与论证电源的选择与论证方案一:
采用普通的干电池,电压稳定,方便携带,但工作时间短不利于大屏幕显示,并且造成环境污染,不利于环保。
7方案二:
采用直流稳压电源,由输入12V稳压后5V,这样电压稳定能持续工作,并能用于大屏幕显示,不会造成环境污染,节省成本。
比较以上两种方案,系统设计中采用方案二。
83LED点阵书写显示屏的硬件设计点阵书写显示屏的硬件设计3.1元件的选用元件的选用为使基于单片机控制的点阵书写显示屏在实际使用过程中方便快捷,并且具有较高的性能/价格比,所以对该系统的元器件作了精心的挑选。
按在实际工作中的作用,可分为以下几个部分。
该系统由主控模块AT89C52、光强检测模块、光笔检测模块、LED点阵显示模块、键盘输入模块、LCD实时状态显示6个部分组成。
3.2AT89C52单片机系统单片机系统AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器9。
在单芯片上,拥有灵巧的8
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